О предварительном прочтении генома пшеницы заявили специалисты из университета Ливерпуля (Великобритания). За год они смогли справиться с последовательностью нуклеотидных пар, которая впятеро больше человеческой- именно из-за внушительного размера генома пшеницы эту задачу не удавалось решить ранее. Размер генома не всегда связан напрямую со сложностью организма, и пшеница— как раз тот случай, когда геном растения больше человеческого.

Знания о ДНК этой важнейшей сельскохозяйственной культуры позволят генным инженерам проводить целенаправленные модификации, повышающие устойчивость к засухам. Ученые смогут быстрее и лучше определять, какие именно гены придают ценным сортам пшеницы их качества, а в будущем информация о геноме позволит получать разновидности растений с совершенно новыми свойствами. Если, к примеру, появится грибок, уничтожающий большинство посевов, знание генома пшеницы сможет помочь в создании устойчивых к заболеванию сортов без потери качества урожая.

Катастрофы и разнообразие

Ситуация, когда вредители или болезни полностью уничтожают ценную пищевую культуру, вовсе не страшный гипотетический прогноз— такое уже случалось. Бананы, которые мы едим сегодня, хуже по вкусу и лежкости тех, которые были в первой половине XX века, и дело не в том, что нынешний сорт оказалось проще выращивать, или в том, что он давал больший урожай. Сорт Gros Mishel исчез из-за грибка, поразившего все крупные плантации мира. О том, что делают ученые для сохранения уникальных сортов, читайте в специальном материале, посвященном подземному хранилищу семян на Шпицбергене.

Впрочем, это в Норвегии сохраняют, а в России подобные коллекции, напротив, уничтожаются— спасти Павловскую биостанцию удастся разве что прямым вмешательством президента страны.

Чтение генома

Геном организма (будь то растение или человек или даже вирус, которые даже «организмами» назвать не очень корректно)— это полная совокупность его генов. А каждый ген— это фрагмент молекулы ДНК, на котором записана информация о том, как синтезировать молекулу РНК, способную либо самостоятельно выполнять некие функции в клетке, либо служить своего рода матрицей для синтеза белка.

Каждый ген может «работать», или, как говорят биологи, «экспрессироваться». Это значит, что клетка синтезирует соответствующие молекулы РНК, и если они кодируют белок, то и белки. Белки позволяют клеткам делиться, расти, накапливать запасы питательных веществ, а вместе с молекулами РНК они и регулируют развитие организма в целом. Клетки приобретают специализацию как под действием внешних условий, так и благодаря заложенной в их гены программе действий- именно гены задают формирование органов, которыми в случае растения являются листья, стебли и корни.

Эффект каждого гена определен его нуклеотидной последовательностью, но на сегодняшний день ученые не могут однозначно сказать, каким именно образом, поэтому химически синтезировать ген с заранее заданным и произвольным набором свойств нельзя. Биологи могут узнать последовательность букв в генетической книге, но не могут сами написать произвольный текст на этом языке.

Не только прикладные задачи

Создание пшеницы, которая легко пережила бы засухи 2010 года ( вместо 90 млн тонн зерна будет собрано около 70–75 млн, это угрожает повышением цен на продукты питания)— задача, безусловно, важная. Но не самая главная— подобно тому, как для человека, изучающего китайский, не является главной задачей написание единственного письма на этом языке (ради такой задачи он вообще вряд ли стал бы учить сложный иностранный язык).

Прочтение геномов позволяет ученым накопить достаточно информации о том, какие фундаментальные принципы лежат в основе структуры генов и почему нуклеотидная последовательность имеющихся генов именно такая, какая есть. Сейчас химическим путем можно произвольным образом набрать нуклеотиды в любую цепочку и создать тем самым искусственный ген или даже полностью работоспособную ДНК бактерии— вопрос только в том, как именно сделать гены.

Наглядная аналогия
Genet er den grunnlegende enheten for arvelighet i levende organismer. De fleste organismer arver to forekomster av hvert gen: ett fra mor og ett fra far — большинство читателей сможет прочитать этот текст по буквам, при пристальном взгляде узнать слово organism, но мало кто сумеет построить грамотную фразу на этом языке (норвежский; определение гена из статьи в Wikipedia). Точно так же биологи могут прочесть геном побуквенно, найти в нем некоторые ключевые места, но пока что не могут «написать свой текст».

Можно ли создать белки, которые позволят корням пшеницы существовать не в черноземе, а в солончаке? Можно ли научить растение синтезировать в листьях смертельное для вредителей вещество, которое при этом не будет попадать в зерно и к тому же все равно будет безвредно для теплокровных животных? Можно ли сделать колосья втрое больше, а зерна богаче витаминами? Ответ на все эти вопросы простая селекция не даст— на эксперименты с десятками и сотнями сортов уйдет очень долгое время, и к тому же никто не даст гарантии, что обеспечивающий нужные качества ген вообще существует.

Понимание того, какие гены уже есть в пшенице, как они соотносятся с генами других растений и какие функции выполняют,— та задача, которая стоит перед генетиками на сегодняшний день. Работы, которые ведутся в этих направлениях, уже позволили получить генетически модифицированные сорта растений, но это далеко не конечная цель специалистов по генетике растений.

От теории к практике

Создание произвольных генов— дело все-таки будущего. Пока что даже выращивание генетически модифицированной пшеницы в промышленных масштабах не начато— используемые сорта получены как традиционной селекцией, так и за счет обработки семян мутагенами.

«Не ГМО»
Вокруг генномодифицированных сортов растений сложилась аура чего-то нового и подозрительного. Не вдаваясь подробно в тему дискуссий вокруг безопасности таких растений, отметим, что и «обычные» сорта давно получают далеко не только за счет скрещивания различных растений. Для получения новых сортов пшеницу облучают ионизирующим излучением от радиоактивного источника или обрабатывают семена химическими веществами, повышающими вероятность мутаций, мутагенами.

Так как некоторые мутации, возникшие при облучении или воздействии химикатов, оказываются полезны, подобный метод позволяет получать новые ценные сорта. Однако его нельзя назвать «естественным», более того, речь идет фактически о модификации генома вслепую, так как предсказать заранее эффект облучения или химической обработки нельзя.

Во всем мире с полей собирается свыше 600 млн тонн пшеницы (такого количества зерна достаточно для того, чтобы засыпать Москву с пригородами слоем больше полуметра). Два производителя из пяти крупнейших— Индия и Китай, по совместительству еще и самые населенные страны мира.

Еще три мировых лидера— США, Россия и Франция – используют пшеницу как один из основных сельскохозяйственных продуктов, который идет не только на выпечку хлеба и производство макарон, но и на корм скоту.

В 2010 году засуха в России с последующим введением эмбарго на экспорт пшеницы ( уже ударившим по Египту) наложилась на наводнения в Пакистане, и это угрожает поднять мировые цены на этот важнейший товар еще больше.